基于SWMM模型的低影响开发模式在城市雨洪控制中的研究

随着我国城镇化水平的提高,城市内涝问题日益突出。研究选取华北地区某区域,利用暴雨管理软件SWMM构建了该区域降雨径流模型,模拟了不同重现期设计下的排水管网运行状况。在此基础上,模拟了雨水桶、下凹式绿地、透水铺装、绿色屋顶4种低影响开发(LID)措施单独布设以及组合布设这5种方案的径流控制效果。研究发现,在该研究区域内,采用LID措施的五种方案都可以减少径流总量并削减洪峰,在径流总量削减效果上,组合布设LID下凹式绿地透水铺装雨水桶绿色屋顶;在洪峰流量削减效果上,组合布设LID雨水桶透水铺装下凹式绿地绿色屋顶; LID设施在低重现期下径流削减效果显著,随着暴雨设计重现期的增大,LID设施的径流削减效果降低,但仍可以起到径流迟滞作用。     

基于SWMM模型的LID设施的雨洪控制效果分析

为了研究城市区域的雨洪径流特征以及加装不同低影响开发措施(LID)对径流削减的规律,以西安市城区重点雨捞区为研究对象,基于SWMM模型模拟现状条件下不同设计雨峰系数、不同设计降雨重现期降雨径流的变化及设计4种不同情景下加装透水路面和绿色屋顶措施的降雨径流削减规律。结果表明:当加设15%透水路面和75%绿色屋顶时,洪峰洪量削减效果最为明显。并且在设计降雨重现期P=1年时,较现状条件下洪量削减36%;设计降雨重现期P=10年时,洪量衰减率减至24.3%。所以LID措施能有效降低城市内涝发生的频率,但随着设计降雨重现期的增大,加装LID措施效果明显减小。     

某城区下凹式绿地、生物滞留对降雨径流的影响

近年来,城市不断发生暴雨灾害,人们的财产安全受到严重威胁,原有的自然水文循环机制变异,导致城市内涝灾害频发。文章选取暴雨洪水管理模型,模拟分析不同的低影响开发措施在不同降雨强度下的影响,并对模拟结果进行对比分析,主要LID措施包括下凹式绿地和生物滞留,并分析不同情景下对径流及洪峰流量的影响。     

基于SWMM模型的暴雨洪水模拟研究——以郑州大学新校区为例

随着气候变化和人类活动影响加剧,城市化水平进一步提高,城市区域面积急剧扩大,城市化所带来的水文效应使城市洪涝灾害出现频率不断增大。以郑州大学新校区为研究区域,应用SWMM模型对该区域在不同暴雨重现期、不同峰值比例、不同城市化程度和LID情境下进行暴雨洪水模拟。结果表明:暴雨雨型对模拟结果有重要的影响,该模型较好的预测了研究区域排水管网的排水能力,以及在不同情境下的模拟结果。     

不同空间布局下LID设施径流控制效果模拟研究

城市流域尺度上的低影响开发（LID）可有效缓解城市洪涝问题，但目前研究主要集中在LID设施的规模占比、布设位置、设计参数等不同布局方案对城市洪涝风险削减的综合影响上，对于不同空间布局下LID设施径流控制效果却鲜有研究。以重庆市秀山海绵示范区为例，将城市排水系统（UDS）根据汇水区域划分为上、中、下游3个区域，利用SWMM模型将雨水花园（RG）、生物滞留带（BRC）和透水铺装（PP）3种典型LID设施以不同比例进行空间布设，评估不同降雨重现期下LID设施空间布局方案对径流的控制效果。研究结果表明，3种LID设施均可显著减少地表径流量和洪水总量，但对径流峰值的削减效果较差，总体性能为RG>BRC>PP；对于不同空间布局下LID设施组合布设时，其中均匀布设方案可最大程度减少城市洪涝，而其他布设方案仅在较低降雨重现期（P≤5 a）才可实现较好的径流峰值削减效果。此外，LID设施空间布局对城市洪涝的缓解效果受管网溢流节点分布显著影响，当LID设施布设于内涝点附近时，可最大程度降低城市洪涝发生几率，并可有效降低UDS转移至其他区域的水力负荷。     

基于不同重现期降水的LID措施水文调控性能研究

作为最典型的土地利用变化过程之一,城市化进程通过改变该地区的下垫面条件,改变了天然状态下的水文机制,并进而产生一系列水环境问题。低影响开发(LID)的雨洪调控措施通过在源头上消纳径流,被视为解决城市雨洪问题的新方法。通过SWMM(Storm water management model)软件建立模型,对不同重现期降水的典型LID措施截流池、入渗带、透水性路面和生物滞留池进行了模拟。模拟结果表明,各LID措施的调控性能随着降水重现期的不同而产生明显的变化;随着降水量的增大,各措施的洪峰流量消减率及入渗补给率(截流池除外)均有不同程度的下降,但洪峰流量消减量随着降水量的增大而增大,入渗量基本保持不变(截流池除外);当采用相同的表面面积设计时,滞留池的洪峰流量消减性能最好,入渗带的入渗补给性能最好;决定其调控性能最主要的因素本质上为其"有效容积",即各措施所能容纳的水量。     

设计暴雨雨型对高植被覆盖流域径流形成影响的数值模拟

为分析设计暴雨雨型对山区小流域山洪灾害的影响，应用时空变源混合产流模型，以四川省关口、汉王场为研究区域，分析高植被覆盖流域对不同重现期以及不同设计暴雨雨型条件下降水的响应规律，并对不同雨型及重现期条件下流域的洪峰流量、峰现时间、洪峰滞后时间等量值进行对比分析。结果表明：时空变源混合产流模型在高植被覆盖流域洪水模拟应用过程中能够取得较好的模拟精度，具有一定的适用性；关口、汉王场流域同一重现期条件下偏后型雨型相对于偏前和居中型条件下形成的洪峰流量更多，但偏前型雨型相对于居中型和偏后型雨型而言形成的洪水总量更大；在不同雨型条件下，随着重现期的增加，关口、汉王场流域的洪峰流量均是呈现增加的趋势；林草植被覆盖率为汉王场>关口流域，关口流域在不同重现期设计暴雨雨型条件下的峰现时间均是提前于汉王场流域，林草植被覆盖对于洪水的径流过程具有一定的调节作用；关口流域和汉王场流域洪峰出现时间相较于暴雨雨峰出现时间的滞后时间均为偏前型>居中型>偏后型；揭示西南山区高植被覆盖流域对于不同重现期设计暴雨雨型条件下的量化规律，在分析西南山区高植被覆盖流域暴雨洪水的形成过程、提高流域洪水预报精度与防...     

基于SWMM的济南韩仓河流域宏观LID实践模拟

以济南市韩仓河流域为例,运用SWMM模型模拟分析不同降雨强度、不同雨峰系数条件下,流域宏观LID措施对流域水文和水质的控制效果。结果表明,随着降雨重现期P值的增大,流域雨水湿地体系规划方案对流域平均流量、峰值流量、污染物负荷的削减效果逐渐减弱。在降雨重现期相同条件下,雨峰位置系数较小(r=0.4)时,流域污染物负荷更少,峰值流量减少率更高,河道径流峰值延迟效果更好,但污染物的削减率不受单次降雨的雨峰系数影响。     

降雨对山丘区小流域洪峰模拟不确定性的影响

为探讨降雨对山丘区小流域洪峰模拟不确定性的影响,提高山丘区小流域洪水预报的精度,采用新安江水文模型在河南省栾川流域进行不同降雨误差输入条件下的径流模拟对比分析,并进一步探讨了不同前期土壤干湿程度条件下的降雨输入对洪峰模拟结果的影响及其变化趋势。研究结果表明:山丘区小流域洪峰模拟值的偏差随降雨输入误差的增加而增加,二者呈正相关;随着前期土壤由干到湿变化,对于相同的降雨输入误差,洪峰模拟偏差逐渐变小,且降雨输入偏大程度越大时,这种变小趋势越明显。     

基于降雨过程的渗透型低影响开发设施的容积计算

在地方降雨强度公式的基础上,按照芝加哥雨型对降雨强度进行时程分配。概化出渗透型低影响开发(LID)设施的水力学概念模型,并利用差分的形式求解渗透型LID设施的水量平衡方程,得到LID设施不同分层的水量变化过程。将求解结果与传统的调蓄容积计算方法对比,结果表明基于降雨强度过程调蓄容积计算方法得到调蓄容积更准确,更经济,而且可以根据渗透型LID设施不同分层结构的水量过程进行结构设计,可以为海绵城市建设中低影响开发设施的规模计算提供一定的参考。     

Evaluation of the flood mitigation effect of a Paddy Field Dam project

To mitigate flood damage due to a recent increase in the frequency and magnitude of heavy rainfall events, the Kamihayashi district in Niigata prefecture, Japan, has undertaken flood mitigation measures using paddy fields by installing runoff control devices in drainage boxes of paddy field plots. The purpose of this study is to evaluate the flood mitigation performance of the Paddy Field Dam project in terms of a decrease in discharge volume, drop in channel water level and reduction of inundation damage using combined hydrologic analyses and flood routing. The model constructed for runoff analysis is composed of three modules: a hilly/residential area module in which the overland flow is estimated using the kinematic wave method, a paddy field module in which runoff from paddy fields is calculated using water balance analysis, and a channel network module in which flood routing is performed using a one-dimensional unsteady flow model. The outputs of the first two modules are the input of the third module. The result of the simulation shows the main channel discharge decreased by 26% and the water level dropped by 0.17 m in the case of the largest observed rainfall event. The simulated effect was larger for larger rainfall events. In terms of flood water volume, the runoff control devices have the effect of reducing the flood damage due to the 50-year return period rainfall event to almost that due to the 10-year return period rainfall event.     

基于平面二维浅水方程的海河干流行洪模拟研究

通过在天津市城市段海河干流应用平面二维浅水方程,分别模拟计算不同重现期设计暴雨下2种不同情景的河道行洪。结果表明平面二维浅水方程模拟河道洪水演进的结果较好,且受洪涝潮影响的城市河道行洪压力在下游增设抽水排涝泵站的情景下可得到有效缓解,但单一的工程措施已不能保障城市河道的行洪安全,需采取更加多样化的措施才是上策。     

基于低影响开发的校园雨水控制及效益分析

以安徽理工大学为研究对象,应用4种低影响开发(LID)方案(植草沟、下沉式绿地、雨水罐和植草沟-下沉式绿地-雨水罐组合)构建雨洪管理模型(SWMM),模拟不同雨水重现期下各种LID方案的水文和水质性能,并评价了经济效益.结果表明:植草沟的径流削减效率最好,可延迟流量峰现时间,且能有效地削减污染负荷;除雨水罐外,另外3种LID实践方案具有良好的环境效益;从成本效益上分析,下沉式绿地和组合LID实践方案的污染物控制效果较好,但其单位削减率成本高,植草沟对污染物控制效果不理想,但其具有最低的单位削减率;若想取得较好的污染物控制效果,则需要投入更大的成本,可以采用下沉式绿地或组合LID实践方案,下沉式绿地或组合LID实践方案不仅能有效削减峰值流量,缓解城市排水管网负荷,且对污染物的削减效果较好.可为中国校园中LID实践的应用决策提供理论支持.     

城市降雨径流污染因素与防治

城市降水径流污染中的污染物主要来自降水、城市地表和排水系统。根据武汉不透水区、透水区和森林覆盖区的不同区域的采样试验分析得出,降水径流污染除了受大气质量影响外,还受到降水强度、降水量、降水历时、降水间隔时间和汇水面等因素的影响;屋面径流污染物的来源具有多样性、复杂性和不确定性,除了大气湿沉降带来各种不同类型的污染物外,还受到屋面材料、屋面年限、材料腐蚀、管道腐蚀和污染残留物等因素的影响。一般规律是降水径流初始污染物浓度高,随着降水历时的延长,降水径流污染物浓度逐渐降低。在合流制排水系统的城市,有20%～60%的径流污染(SS、COD和BOD5)来自排水系统。因此,改造排水系统、控制径流污染,可以维持生态平衡和保护城市水环境。     

城市河道生态景观对防洪的影响

河道是城市生存发展的重要资源,彻底改善水质、增强河道防洪能力、促进水系的循环、解决河道现状问题是城市建设中较为重要的部分.本文以大凌河为例,设计了四种景观方案,利用物理实验和数值模拟等研究手段,通过流体动力学、计算机数值分析等技术,将植被群及景观岛高度作为水流的主要影响要素进行研究,并对洪水来袭时不同的生态景观方案下河道的水位和流速进行模拟,进而定性分析不同城市生态景观对防洪的影响.该研究对景观防洪的实际应用有着非常重要的现实意义.     

清水河流域农业非点源污染模拟及特征分析

为探讨冬奥核心区所在的清水河流域农业非点源污染特征,利用SWAT模型对清水河流域进行污染模拟及特征分析。通过前期对流域内河流水质监测和评价分析可知,该流域农业非点源是重要污染来源,且降雨和径流会对水质影响较大。借助ArcGIS平台构建清水河流域SWAT非点源污染模型,并利用实测径流数据对模型进行了率定和验证,结果表明SWAT模型在清水河流域的适用性较好。利用模型模拟结果对流域内TN、TP污染负荷进行统计,并对其时空分布特征展开分析。非点源污染的时间分布特征:2011、2013、2015和2016年的年均非点源污染输出负荷表现为TN>TP,并且具有明显的季节性,夏季和冬季分别是非点源污染产生的高峰期和低谷期,各子流域的累积负荷量也呈现出汛期大于非汛期的特点;空间分布特征:污染负荷流失强度较高的关键源区为2、3、5、6、7、10、12、14号子流域,集中分布在东沟和西沟水系两侧,主要土地利用类型为耕地和草地。各子流域的非点源污染输出负荷与降雨量均呈正相关关系,输出负荷与降水相关性较强的区域集中分布在正沟、西沟两侧和东沟上游,该区域内非点源污染物的流失与降水密切相关,高降雨量及强降水都会引起污染物的大量流失。     

Simulations of storm hydrographs in a mixed-landuse watershed using a modified TR-20 model

Most flood damage in Korea is caused by heavy rainfall events and typhoons during the summer rainy season. A modified Natural Resources Conservation Service (NRCS) TR-20 model, TR-20-RICE, was developed to investigate the storm runoff characteristics of a 385-ha mixed-landuse watershed in Korea. The TR-20-RICE not only used the rainfall excess and hydrologic flood routing components of the original TR-20 model, but also included a paddy runoff process, which captured irrigated paddy runoff characteristics such as inundation, retention storage, and surface runoff. The performances of TR-20 and TR-20-RICE were compared using storm hydrographs and observational data. The results indicated that both models simulated storm runoff accurately over the simulation period. The TR-20-RICE runoff volume, peak discharge, and time-to-peak predictions were slightly closer to observations than those of the TR-20. The TR-20-RICE model may an effective alternative to the TR-20 model for generating storm hydrographs, particularly in the mixed-landuse watershed in Korea.     

SWMM和MIKE11耦合模型在城市感潮河网中的应用

近年来,由于经济迅速发展,城市化进程加快,涝灾所造成损失越来越突出,城市洪涝己成为目前全世界众所关注的重大问题。本文运用SWMM水文模型和MIKE11水动力学模型,模拟计算了某研究区域内降雨径流及防洪排涝过程。计算结果较为合理可靠,说明本文采用的耦合模型对其它平原感潮河网地区的防洪排涝规划具有应用价值。     

沭西片防洪保护区洪水淹没风险特征

沂沭泗流域沭西片防洪保护区外河洪水有山区性洪水特征,其特点是洪峰水位高、历时短、总洪量小,溃堤洪水过程的精确计算是保护区洪水分析的关键和难点。为了精确模拟溃堤洪水过程及其在保护区演进规律,构建了一二维实时动态耦合水动力学模型。河网一维水动力数学模型采用1993年、2003年和2012年的实测洪水资料进行了率定与验证;防洪保护区和骆马湖二维水动力数学模型采用区域调研和查勘测量等方式对模型进行了校正和优化;河道与保护区采用溃口进行耦合计算,实现河道与保护区水量实时交互过程的模拟,模型可以作为洪水淹没要素的计算平台。以沂河50年一遇洪水马头溃口为例,溃口进洪历时13.2 h,洪峰流量537 m³/s,进洪量833万m³;保护区内洪水演进速度快,淹没区总面积107.7 km²。结果表明,沂河马头上、下游河段发生溃决,洪水将沿着白马河向下游演进,可以结合淹没水深、洪水路径和到达时间对人员和财产转移进行转移和安置。     

HEC-HMS模型在四川省清溪河流域山洪预报中的应用

山洪灾害往往给山区人民生命财产、自然环境等造成了极大的损害,降低山洪灾害的有效途径之一是实现基于降雨径流模型的实时预报预警系统。选取四川省山洪易发流域-清溪河流域为研究区,通过GIS技术,结合流域DEM、土壤及土地利用数据提取流域信息,构建HEC-HMS降雨-径流模型进行流域山洪预报。根据降雨径流形成过程,分别采用SCS-CN曲线法、SCS单位线法、指数退水法和马斯京根法进行计算产流、坡面汇流、基流和河道汇流四个部分。选取6场洪水进行模型参数的率定,4场洪水进行模型验证。模拟结果表明:Nash效率系数均值为0.792,相关系数均值为0.84,峰现时差均在3 h以内,合格率为90%,该模型对清溪河山洪预报具有较好适应性,可为四川省中小河流域山洪预报提供借鉴和参考。